Agtergrond

Die energiekrisis het litium-ioon-battery-energiebergingstelsels (ESS) die afgelope paar jaar meer algemeen gebruik gemaak, maar daar was ook 'n aantal gevaarlike ongelukke wat skade aan fasiliteite en die omgewing, ekonomiese verlies en selfs verlies van lewe. Ondersoeke het bevind dat selfs al voldoen ESS aan standaarde wat verband hou met batterystelsels, soos UL 9540 en UL 9540A, het termiese misbruik en brande voorgekom. Daarom sal die ontwikkeling van ESS-tegnologie bevoordeel word om lesse uit vorige gevalle te leer en die risiko's en hul teenmaatreëls te ontleed.

Gevalle hersiening

Die volgende som ongelukgevalle van grootskaalse ESS regoor die wêreld vanaf 2019 tot op datum op, wat in die openbaar aangemeld is.

Die oorsake van bogenoemde ongelukke kan as die volgende twee opgesom word:

1) 'n Onderbreking van interne sel veroorsaak termiese misbruik van die battery en module, en uiteindelik veroorsaak dat die hele ESS aan die brand slaan of ontplof.

Die mislukking wat veroorsaak word deur termiese misbruik van sel word basies waargeneem dat 'n brand gevolg deur 'n ontploffing. Ongelukke van die McMicken-kragstasie in Arizona, VSA in 2019 en die Fengtai-kragstasie in Beijing, China in 2021, het byvoorbeeld albei ná 'n brand ontplof. So 'n verskynsel word veroorsaak deur die mislukking van 'n enkele sel, wat 'n interne chemiese reaksie veroorsaak, wat hitte vrystel (eksotermiese reaksie), en die temperatuur bly styg en versprei na nabygeleë selle en modules, wat 'n brand of selfs 'n ontploffing veroorsaak. Die mislukkingsmodus van 'n sel word oor die algemeen veroorsaak deur oorlading of beheerstelselfout, termiese blootstelling, eksterne kortsluiting en interne kortsluiting (wat veroorsaak kan word deur verskeie toestande soos inkeping of duik, materiaal onsuiwerhede, penetrasie deur eksterne voorwerpe, ens. ).

Na die termiese misbruik van die sel sal vlambare gas geproduseer word. Van bo kan jy agterkom dat die eerste drie gevalle van ontploffing dieselfde oorsaak het, dit wil sê vlambare gas kan nie betyds ontslaan nie. Op hierdie stadium is die battery, die module en die houerventilasiestelsel veral belangrik. Oor die algemeen word gasse uit die battery deur die uitlaatklep ontslaan, en die drukregulering van die uitlaatklep kan die ophoping van brandbare gasse verminder. In die modulestadium sal gewoonlik 'n eksterne waaier of 'n dop se verkoelingsontwerp gebruik word om die ophoping van brandbare gasse te vermy. Laastens, in die houerstadium, word ventilasiefasiliteite en moniteringstelsels ook vereis om brandbare gasse te ontruim.

2) ESS-onderbreking veroorsaak deur eksterne hulpstelsel-onderbreking

'n Algehele ESS-onderbreking wat veroorsaak word deur 'n hulpstelselfout vind gewoonlik buite die batterystelsel plaas en kan brand of rook van eksterne komponente veroorsaak. En wanneer die stelsel dit betyds gemonitor en daarop gereageer het, sal dit nie lei tot sel se mislukking of termiese misbruik nie. In die ongelukke van Vistra Moss Landing Kragstasie Fase 1 2021 en Fase 2 2022 is rook en vuur opgewek omdat die foutmonitering en elektriese faalveilige toestelle op daardie tydstip tydens die ingebruiknemingsfase afgeskakel was en nie betyds kon reageer nie. . Hierdie soort vlambrand begin gewoonlik van die buitekant van die batterystelsel af voordat dit uiteindelik na die binnekant van die sel versprei, dus is daar geen hewige eksotermiese reaksie en opeenhoping van brandbare gas nie, en dus gewoonlik geen ontploffing nie. Wat meer is, as die sprinkelstelsel betyds aangeskakel kan word, sal dit nie groot skade aan die fasiliteit veroorsaak nie.

Die “Victorian Power Station”-brandongeluk in Geelong, Australië in 2021 is veroorsaak deur 'n kortsluiting in die battery wat veroorsaak is deur 'n koelmiddellekkasie, wat ons herinner om aandag te gee aan die fisiese isolasie van die batterystelsel. Dit word aanbeveel om 'n sekere spasie tussen eksterne fasiliteite en die batterystelsel te hou om wedersydse inmenging te vermy. Die batterystelsel moet ook toegerus wees met isolasiefunksie om eksterne kortsluiting te vermy.

Teenmaatreëls

Uit bogenoemde ontleding is dit duidelik dat die oorsake van ESS-ongelukke die termiese misbruik van die sel en die mislukking van die hulpstelsel is. As die mislukking nie voorkom kan word nie, kan die verlies ook verminder word deur die verdere agteruitgang na die blokkeringsmislukking te verminder. Die teenmaatreëls kan vanuit die volgende aspekte oorweeg word:

Blokkering van die termiese verspreiding na termiese misbruik van die sel

Isolasieversperring kan bygevoeg word om die verspreiding van termiese misbruik van die sel te blokkeer, wat tussen die selle, tussen die modules of tussen die rakke geïnstalleer kan word. In die aanhangsel van NFPA 855 (Standard vir die installering van stilstaande energiebergingstelsels), kan u ook die verwante vereistes vind. Spesifieke maatreëls om die versperring te isoleer sluit in om kouewaterplate, aerogel en hou tussen die selle in te plaas.

'n Brandonderdrukkingstoestel kan by die batterystelsel gevoeg word sodat dit vinnig kan reageer om die brandonderdrukkingstoestel te aktiveer wanneer termiese misbruik in 'n enkele sel voorkom. Die chemie agter litium-ioonbrandgevare lei tot 'n ander brandonderdrukkingsontwerp vir energiebergingstelsels as konvensionele brandbestrydingsoplossings, wat nie net is om die brand te blus nie, maar ook om die temperatuur van die battery te verlaag. Andersins sal die eksotermiese chemiese reaksies van die selle aanhou voorkom en 'n herontsteking veroorsaak.

Ekstra sorg is ook nodig wanneer brandblusmateriaal gekies word. As die water direk op die brandende batteryomhulsel gespuit word, kan dit 'n vlambare gasmengsel produseer. En as die batteryomhulsel of -raam van staal gemaak is, sal water nie termiese misbruik verhoed nie. Sommige gevalle toon dat water of ander soorte vloeistowwe in kontak met die batteryterminale ook die brand kan vererger. Byvoorbeeld, in die brandongeluk van Vistra Moss Landing kragstasie in September 2021, het verslae aangedui dat die stasie se verkoelingsslange en pypverbindings onklaar geraak het, wat veroorsaak het dat water op die batteryrakke spuit en uiteindelik veroorsaak het dat die batterye kortsluit en boog.

1. Tydige vrystelling van brandbare gasse

Al die bogenoemde gevalleverslae dui op konsentrasies van brandbare gasse as die primêre oorsaak van ontploffings. Daarom is terreinontwerp en -uitleg, gasmonitering en ventilasiestelsels belangrik om hierdie risiko te verminder. In NFPA 855-standaard word genoem dat 'n deurlopende gasopsporingstelsel vereis word. Wanneer 'n sekere vlak van brandbare gas (dws 25% van LFL) opgespoor word, sal die stelsel uitlaatventilasie begin. Daarbenewens noem UL 9540A-toetsstandaard ook die vereiste om uitlaatgas te versamel en die onderste limiet van gas-LFL op te spoor.

Benewens ventilasie, word die gebruik van ontploffingsverligtingspanele ook aanbeveel. Daar word in NFPA 855 genoem dat ESS'e geïnstalleer en onderhou moet word in ooreenstemming met NFPA 68 (Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting) en NFPA 69 (Standards on Explosion Protection Systems). Wanneer die stelsel egter aan die Brand- en Ontploffingstoets (UL 9540A of ekwivalent) voldoen, kan dit van hierdie vereiste vrygestel word. Aangesien die toetstoestande egter nie ten volle verteenwoordigend van die ware situasie is nie, word 'n verbetering van ventilasie en ontploffingsbeskerming aanbeveel.

2.Foutvoorkoming van hulpstelsels

Onvoldoende sagteware/firmware-programmering en ingebruikneming/voorbeginprosedures het ook bygedra tot die brandvoorvalle van die Victoriaanse Kragstasie en Vistra Moss Landing Kragstasie. In die Victoriaanse Kragstasie-brand is 'n termiese misbruik wat deur een van die modules begin is nie geïdentifiseer of geblokkeer nie, en die brand wat daarop volg, is ook nie onderbreek nie. Die rede waarom hierdie situasie gebeur het, is dat ingebruikneming nie destyds nodig was nie, en die stelsel is met die hand afgeskakel, insluitend telemetriestelsel, foutmonitering en elektriese faalveilige toestel. Boonop was die toesighoudende beheer- en dataverkrygingstelsel (SCADA) ook nog nie in werking nie, aangesien dit 24 uur geneem het om toerustingkonnektiwiteit te vestig.

Daarom word dit aanbeveel dat enige ledige modules toestelle soos aktiewe telemetrie, foutmonitering en elektriese veiligheidstoestelle moet hê, eerder as om met die hand deur 'n uitsluitskakelaar afgeskakel te word. Alle elektriese veiligheidsbeskermingstoestelle moet in aktiewe modus gehou word. Daarbenewens moet bykomende alarmstelsels bygevoeg word om verskeie noodgevalle te identifiseer en daarop te reageer.

'n Sagteware-programmeringsfout is ook in die Vistra Moss Landing Kragstasie Fase 1 en 2 gevind, aangesien die aansitdrempel nie oorskry is nie, is die battery-hitteafleider geaktiveer. Terselfdertyd maak die waterpypverbindingsfout met die lekkasie van die boonste laag van die battery die water beskikbaar aan die batterymodule en veroorsaak dan kortsluiting. Hierdie twee voorbeelde wys hoe belangrik dit is dat sagteware/firmware-programmering nagegaan en ontfout word voor die opstartprosedure.

Opsomming

Deur die ontleding van verskeie brandongelukke in energiebergingsstasies, moet hoë prioriteit gegee word aan ventilasie- en ontploffingsbeheer, behoorlike installasie en ingebruiknemingsprosedures, insluitend sagteware-programmeringskontroles, wat batteryongelukke kan voorkom. Daarbenewens moet 'n omvattende noodreaksieplan ontwikkel word om die opwekking van giftige gasse en stowwe te hanteer.